民用建筑节能设计方案简析.docx

民用建筑节能设计方案

董剑 03108623
指导老师：吴嘉峰

2010年6月13日

民用建筑节能设计方案
董剑 03108623
摘 要：当今中国已经是世界上的能源大国，建筑空调能耗占建筑总能耗达55%，建筑中主要电能的消耗是空调系统，和照明系统，这两项中节能措施是非常有必要的，也是如今节能的主要方向。另外，可再生能源在建筑中的应用也逐渐广泛，以及智能化建筑的出现，都是民用建筑节能的发展方向。
关键词：新能源 建筑 节能 隔热材料 通风采光

节能建筑主要是在保证舒适度的条件下，降低建筑的能耗。为了达到节能的目的去牺牲部分舒适度的要求，是要避免的。节能的目的不仅要减少建筑中能量的散失，提高建筑中的能源利用效率，还要积极主动的利用绿色新能源，不断提高能源的利用效率。
如今已经开发出的新能源有多种，其中多为无污染的可再生能源，例如太阳能、地热能、沼气能、风能等，这些能源都可以应用于民用建筑中。

一、 建筑外部环境选择
建筑的方位为坐北朝南，在冬天，太阳能早已应用在民用建筑当中，只是近年才有目的去加强对其的利用率。民用建筑通常都是坐南朝北，就是在利用太阳能中的光能和热能。
周边环境的选择应当远离马路，工厂等有一定污染的地点，我理想的选择是在湖边，附近有水源，可以利用其中的冷源在夏天，湖水也能一定程度的降低周边环境的温度。

二、 屋顶节能设计方案
对于屋顶，如今比较热门的设计是绿化式屋顶和太阳能集热式屋顶，两者都有很出色的优点，如果能同时应用到建筑中可能会有更好的效果，不过实施起来应该会比较困难。例如屋顶采用太阳能集热式屋顶，外墙采用绿化。
方案一：
太阳能集热式屋顶
利用太阳能供暖和制冷的建筑。在建筑中应用太阳能供暖、制冷，可节省大量电力、煤炭等能源，而且不污染环境，在年日照时间长、空气洁净度高、阳光充足而缺乏其他能源的地区，采用太阳能供暖、制冷，尤为有利。目前太阳能建筑还存在投资大，回收年限长等问题。
屋顶采用坡屋顶和平屋顶，朝南一侧采用钢筋混凝土结构，上面铺设主动式太阳能集热器，朝阳一侧的屋顶面积应当大于背阳一侧，以便采取到更多的热能。太阳能集热器收集到的太阳能转换为电能，用于建筑中的公用区域的持续采光、通风、除湿等。

背阳一侧分两层，上层采用隔热材料制作可水平收缩展开的隔热板，在高温时段，隔热板关闭，减少热量通过屋顶进入建筑内部，在其他时间，打开隔热板，充分采光采暖。下层，在隔热板下铺设钢化玻璃，以便采光。
方案二：
屋顶绿化设计
屋顶绿化作为一种不占用地面土地的绿化形式，其应用越来越广泛。它的价值不仅在于能为城市增添绿色，而且能减少建筑材料屋顶的辐射热，减弱城市的热岛效应。如果能很好地加以利用和推广，形成城市的空中绿化系统，对城市环境的改善作用是不可估量的。
花园形式屋顶绿化可做成小游园的形式服务于游人，多用于服务性建筑例如宾馆、酒楼等，能为客人提供游憩空间。小游园应有适当起伏的地貌，配以小型亭、花架等园林建筑小品，并点缀以山石。选择浅根性的小乔木，与灌木、花卉、草坪、藤本植物等搭配。此类屋顶花园要特别注意在建筑设计时统筹考虑，以满足屋顶花园对屋顶承重能力的要求，设计时还要尽量使较重的部位（如亭、花架、山石等）设计在梁柱上方的位置。
结构层一般分为保温隔热层、防水层、排水层、过滤层、土壤层、植物层等。
1 ．保温隔热层：可采用聚苯乙烯泡沫板，铺设时要注意上下找平密接。
2 ．防水层屋顶绿化后应绝对避免出现渗漏现象，一旦出现问题，将使房屋的使用者产生排斥心理，直接影响屋顶绿化的推广。最好设计成复合防水层。
3 ．排水层设在防水层上，可与屋顶雨水管道相结合，将过多水分排出，以减轻防水层的负担。排水层多用砾石、陶粒等材料。
4 ．种植层一般多采用无土基质，以蛭石、珍珠岩、泥炭等与腐殖质、草炭土、沙土配制而成。

三、 墙体节能设计方案
墙体不仅是用来遮风挡雨，在如今对建筑舒适度要求不断提高的情况下，墙体应该具备一定的保温能力，这样能减少建筑能量通过墙体向外散失。外墙和屋顶一样，长期经受阳光的照射，对屋内的温度影响巨大。在夏天的高温照射下，对建筑的制冷有很大的影响

外墙采用混凝土墙体，中间外墙采用节能复合墙体外保温处理需满足两方面的要求：保证墙壁内表面不结露；墙体总传热阻符合建筑节能设计标准的要求。在实际施工中，结合新型壁板结构的构造特点，研究了复合墙板传热、保温机理，提出了外墙体的局部热桥处理措施和外墙体整体外保温处理措施。
    工程中采用嵌入式热桥外保温处理方案。其构造如图2所示，在钢筋混凝土肋格（热桥部位）嵌入绝热材料，表面钉钢丝网并抹水泥砂浆保护。测试结果表明，外墙板总厚250mm、保温层厚30mm时，即可满足寒冷地区节能建筑标准要求。
在此基础上，内部填充材料应该具有比较高的比热容，能够在一段时间内存储热量或者冷量，使建筑内的温度保持在一定范围之内，既不过高也不过低，挺高建筑内温度的舒适度。
以上是内保温技术，其施工速度快，是技术较成熟。缺点是：占用了建筑面积，墙面的强度和稳定性有所降低。
外墙的外保温技术：
外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与内保温相比，技术合理，有其明显的优越性，使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料，外保温比内保温的效果好。外保温技术不仅适用于新建的结构工程，也适用于旧楼改造，适用于范围广，技术含量高；外保温包在主体结构的外侧，能够保护主体结构，延长建筑物的寿命；有效减少了建筑结构的热桥，增加建筑的有效空间；同时消除了冷凝，提高了居住的舒适度。
(1)外挂式外保温。
    外挂的保温材料有岩(矿)棉、玻璃棉毡、聚苯乙烯泡沫板(简称聚苯板，EPS、XPS)、陶粒混凝土复合聚苯仿石装饰保温板、钢丝网架夹芯墙板等。其中聚苯板因具有优良的物理性能和廉价的成本。已经在全世界范围内的外墙保温外挂技术中被广泛应用。
    该外挂技术是采用粘接砂浆或者是专用的固定件将保温材料贴、挂在外墙上。然后抹抗裂砂浆，压人玻璃纤维网格布形成保护层。最后加做装饰面。
    还有一种做法是用专用的固定件将不易吸水的各种保温板固定在外墙上，然后将铝板、天然石材、彩色玻璃等外挂在预先制作的龙骨上，直接形成装饰面。由贝聿铭先生设计的中国银行总行办公楼的外保温就是采用的这种设计。
(2)聚苯板与墙体一次浇注成型。 
    在混凝土框一剪体系中将聚苯板内置于建筑模板内，在即将浇注的墙体外侧，然后浇注混凝土，混凝土与聚苯板一次浇注成型为复合墙体。该技术解决了外挂式外保温的主要问题，其优势是很明显的。由于外墙主体与保温层一次成活。工效提高，工期大大缩短，且施工人员的安全性得到了保证。而且在冬季施工时。聚苯板起保温的作用，可减少外围围护保温措施。但在浇注混凝土时要注意均匀、连续浇注，否则由于混凝土侧压力的影响会造成聚苯板在拆模后出现变形和错茬，影响后序施工。
(3)聚苯颗粒保温料浆外墙保温。
    将废弃的聚苯乙烯塑料(简称为EPS)加工破碎成为0.5～4mm的颗粒，作为轻集料来配制保温砂浆。该技术包含保温层、抗裂防护层和抗渗保护面层(或是面层防渗抗裂二合一砂浆层)。其中ZL胶粉聚苯颗粒保温材料及技术在1998年就被建设部列为国家级工法。这种工法是目前被广泛认可的外墙保温技术。
我的想法是内保温和外保温均应用到外墙中，在外墙墙体中填充一定的吸收并存储热量的材料，其次在外墙外表面覆盖保温隔热材料，内外结合，在隔热效果上更佳，不仅可以减少热量进入建筑中，还可以平衡建筑内部的温度。
建筑内墙的布局设计上，在满足使用要求的前提下，要充分考虑到通风和采光，内墙可以适当开窗。对于对温度舒适度要求不高的地方，例如消防楼梯等，应该采用封闭式，减少与人们活动区域的空气流动。

四、 门窗节能设计方案
门中应用隔热材料对室内隔热的影响不大，如果此门出入频繁，在开设空调的情况下，在门上挂上隔绝空气用的帘子，防止室内冷量的过多散失。
门窗是建筑中传递热能的重要因素，窗户可以直接通过太阳辐射使室内的温度升高，这个因素在冬天里是有利的，但是在夏天，就会加剧室内温度的升高，恶化室内环境，降低舒适度。所以门窗的节能使用应该根据季节温度条件来制定相应的技术，提高其节能性能。
确定适宜的墙面和窗体的大小比例，在满足采光和通风的条件下，提高窗户的保温和隔热性能。可采用以下几项措施：
1. 使用中空式的玻璃，加大其隔热能力，窗框材料选用导热系数高的断然型铝合金窗框。
2. 通过建筑措施，实现窗户的固定外遮阳能力，这样能直接降低太阳光造成的热辐射。
3. 内外均设置窗帘，玻璃内部的窗帘可以采用传统的布料窗帘，窗户外部采用例如百叶，自动卷帘等形式的可供人调节的活动遮阳装置，采用一些隔热性比较高的材料，可以有效地隔绝太阳通过窗户对建筑增加的热辐射。
门窗作用不仅是采光和隔热等作用，它们还要承担起建筑通风的责任。对于节能建筑，应当有良好的自然通风的功能，不能完全依靠空调系统以耗费电能的形式去调节室内的空气质量。在这种情况下，固定的窗户是不可取的。而可活动的窗户就要求有比较高的

五、 节水设计方案
曾经联合国一项研究报告指出:全球现有12亿人面临中度到高度缺水的压力，80个国家水源不足，20亿人的饮水得不到保证。而我国属于缺水国之列,当前我国日益严重的水资源短缺问题和水环境污染，不仅困扰国计民生,并已经成为制约社会经济可持续发展的重要因素。节约用水已经成为我国的基本国策。
1 雨水利用
可以采用此收集方式：由导管把屋顶的雨水引人设在地下的雨水沉沙池，经沉积的雨水流人蓄水池，由水泵送人杂用水蓄水池,蓄水池的水经过消毒过滤后送人建筑水系统中。
2.水压控制
在日常的用水中，除去消防所需的高水压，降低建筑其他水道系统的水压，减少因流量过大而引起的水资源浪费。
3.废水再利用
建筑中产生的生活废水，在流入下水道之前集中收集起来进行过滤消毒处理，使其变成可以再次用于民用建筑中的非饮用水。

六、 空调节能设计方案
空调其能耗已占总能耗的20％左右，空调系统如何适应在低负荷下高效节能运行及在系统设计中对设备进行节能选配就成为空调节能的关键，这对于节约能源、降低运行费用、促进国民经济发展具有十分重要的意义
1．采用变风量系统，以减少空气输送系统的能耗：经过一定处理的空气数量，用以吸收室内的余热和余湿，从而维持室内所需要的温、湿度。当室内余热值发生变化而又需要使室内温度保持不变时，可采用两种方法：1.定风量：将送风量L固定，而改变送风温度；2.变风量：将送风温度值固定，而改变进风量。
2．采用智能的空调控制系统，在房间内设置红外传感器，自动控制房间内空调功率的大小，减少不必要的能量浪费。
3．利用能量回收系统节能： 在室内外温差较大的情况下，可在系统中增设热回收系统，可得到较为明显的节能效果。

七、 地源热泵设计方案
地源热泵技术在建筑中的应用，原本我想在SRTP的项目中尝试一下，但是这个方案涉及到的相关技术非常专业，最后没能通用立项。但我了解到了这项技术对建筑节能在方面有巨大的影响力。以我们的普通理解，地下5米以下常年都保持在摄氏15度到18度，这是一个巨大的冷热源。
通过地源热泵系统，可以将地下的冷热源转化为电能为建筑的制热制冷提供能源，也可以直接通过介质循环达到在夏天制冷，在冬天制热的目的。
1．热泵系统
    由地源热泵机组、源水循环水泵、负载循环水泵、直供（冷）循环水泵、制热水泵、热水循环水泵、水处理设备及电器控制组成。热泵主机是整个系统的“心脏”，负责制冷、制热和置换生活热水。
热泵的工作原理与常规空调的制冷机组或风冷热泵机组大致相同，这里不再过多地描述，只对本方案系统进行介绍。本设计选用的热泵机组，冷暖负载（制冷、制热）模式机组内部转换，不需要操作（管道）系统阀门，一键式的单指操作，制冷制热的温度设置可调，具有多种检测（探测）和多项保护功能 ，不必专人管理、操作完全自动运行。
地源热泵空调负荷，很可能会有较为明显的时间段，节假日或有重大赛事会出现最高的冷暖、热水空调负荷，而在平时空调负荷不是很大，或者是完全停用。供暖季节（冬季）热泵如果停止工作，会导致系统设备、室内其他管道冻损，通常的做法是设低热泵机组和室内风机盘管控制的温度实现节能的目的。
    地源热泵设计了地耦循环系统，利用自然能源保持系统和建筑物一定的温度。

八、 照明系统节能设计
照明系统中光能不能得到高效率的利用，是当今国内建筑的一个普遍现象。例如在我们学校，一个可容纳200人的教室电灯全开，教室里却只有不过10个人，这样的电能利用率是很低的
通过智能的感应器，简单实现光源的自动控制，在此区域无人的时候，系统会关闭这片区域的光源或者降低其亮度。同时，也可人为通过可控开关来控制光源，在不影响人们日常应用的同时，大大提高了照明系统能源的利用率，也延长了灯具的使用寿命
实现照明控制智能化。采用智能照明控制系统，可以使照明系统工作在全自动状态，系统将按先设定的若干基本状态进行工作，这些状态会按预先设定的时间相互自动地切换。例如，当一个工作日结束后，系统将自动进入晚上的工作状态，自动并极其缓慢地调暗各区域的灯光，同时系统的移动探测功能也将自动生效，将无人区域的灯自动关闭，并将有人区域的灯光调至最合适的亮度。此外，还可以通过编程随意改变各区域的光照度，以适应各种场合的不同场景要求。智能照明可将照度自动调整到工作最合适的水平。例如，在靠近窗户等自然采光较好的场所，系统会很好地利用自然光照明，调节到最合适的水平。当天气发生变化时，系统仍能自动将照度调节到最合适的水平。总之，无论在什么场所或天气如何变化，系统均能保证室内照度维持在预先设定的水平。
自动调光，充分利用自然光：智能照明系统中的光线感应开关通过测定工作面的照度，与设定值比较，来控制照明开关，这样可以最大限度地利用自然光，达到节能的目的，也可提供一个不受季节与外部气候环境影响的相对稳定的视觉环境。一般来讲，越靠近窗自然光照度高，从而人工照明提供的照度就低，但合成照度应维持在设计照度值。
整个建筑中公共部分的照明由中央监控计算机自动控制。当某些区域需要照明时，可以通过现场的面板开关打开相应的回路。在靠近窗口的位置设置亮度传感器采集现场亮度，自动控制某些回路的开关达到节能的目的。

民用建筑的涵盖非常广，包括：居住建筑，住宅建筑，宿舍建筑，公共建筑，教育建筑，办公建筑，科研建筑，文化建筑，商业建筑，体育建筑，医疗建筑，交通建筑，司法建筑，纪念建筑，园林建筑，综合建筑。本文章中通过自己的构想列举出一部分节能设计方案，其中大部分是以民用建筑为基础，对于其中更专业的节能技术，还有待我在学习之后慢慢去接触更多的节能技术，那时高科技的节能技术，例如太阳能和地源热泵技术也必将有了更大的发展。

参考文献：
【1】建筑概论（第二版）崔艳秋 姜丽荣 吕树俭 等编著（M） 中国建筑工业出版社2008.7
【2】网络资源
注：
本文中楷体5号字体部分均来自网络上的资源，不便一一做注释